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KR20190037919A - Association system of power generation and heat pump - Google Patents

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Publication number
KR20190037919A
KR20190037919A KR1020170127747A KR20170127747A KR20190037919A KR 20190037919 A KR20190037919 A KR 20190037919A KR 1020170127747 A KR1020170127747 A KR 1020170127747A KR 20170127747 A KR20170127747 A KR 20170127747A KR 20190037919 A KR20190037919 A KR 20190037919A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
working fluid
point
circulation line
turbine
heat pump
Prior art date
Application number
KR1020170127747A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김범주
함진기
이준호
김학래
이철희
Original Assignee
한국전력공사
현대중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사, 현대중공업 주식회사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020170127747A priority Critical patent/KR20190037919A/en
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    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F01K25/103—Carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

The present invention relates to an association system of a power generation and heat pump, comprising: a power generating unit having a circulation line in which working fluid circulates, a turbine disposed in the circulation line to be operated by the working fluid, and a power generator operated by the operation of the turbine; and a heat pump unit having a branching line connecting a first point of the circulation line to a second point of the circulation line situated at the downstream than the first point on the basis of a circulation direction of the working fluid, so as to branch part of the working fluid in the circulation line at the first point, and returning the same to the circulation line at the second point, and a heat exchanger arranged at the branching line, and heating supplied water supplied from the outside by using the working fluid.

Description

발전 및 히트펌프의 연계 시스템{Association system of power generation and heat pump}[0001] The present invention relates to a power generation system and a heat pump,

본 발명은 발전 및 히트펌프 연계 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to power generation and heat pump coupling systems.

일반적으로, 엔진에서 연료를 연소하여 발생하는 배기가스는 외부로 배출된다. Generally, the exhaust gas generated by burning fuel in the engine is discharged to the outside.

배출되는 열은 발전 등에 유용한 형태로 전환되지 못하고 버려진다. 외부로 배출되는 폐열 중 일부라도 회수하여 이를 유용한 에너지로 재활용할 수 있다면 그만큼 연료의 절약을 도모할 수 있으므로 에너지를 절감하는 데 크게 기여할 수 있게 된다.The heat released is not converted into useful form for power generation and is abandoned. If some of the waste heat discharged to the outside is recovered and can be recycled as useful energy, it is possible to save fuel, thereby contributing to saving energy.

따라서, 버려지는 배기가스에 있는 이산화탄소를 활용하여, 발전 및 히트펌프를 연계시킬 수 있는 장치 개발이 필요한 실정이다.Therefore, it is necessary to develop a device capable of linking power generation and heat pumps by utilizing carbon dioxide in the exhaust gas.

본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 발전유닛 및 히트펌프유닛을 구동시키는 냉매가 동일한 발전 및 히트펌프의 연계 시스템을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve such problems, and it is an object of the present invention to provide a system for connecting a power generation unit and a heat pump with the same power generation and heat pump.

본 발명의 과제는 배기가스에 있는 이산화탄소를 활용하여 일부는 발전에 제공하고, 나머지는 외부에 열원을 공급하는 히트펌프에 제공할 수 있는 발전 및 히트펌프의 연계 시스템을 제공한다.A problem of the present invention is to provide a linkage system of a power generation and heat pump which can provide a heat pump using a part of carbon dioxide in exhaust gas for power generation and a remainder for a heat pump for supplying heat source to the outside.

본 발명의 과제는 발전유닛 및 히트펌프유닛이 일체로 결합됨으로써 구조가 단순하며, 경량화가 가능한 발전 및 히트펌프의 연계 시스템을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a system for connecting a power generation unit and a heat pump unit, which is simple in structure and light in weight, by integrally coupling a power unit and a heat pump unit.

본 발명은 발전 및 히트펌프의 연계 시스템에 관한 것으로, 작동유체가 순환하는 순환라인과, 순환라인 중에 마련되고 작동유체에 의해 작동하는 터빈과, 터빈의 작동으로 구동하는 발전기를 구비하는 발전유닛과, 순환라인의 제1 지점과, 작동유체의 순환방향을 기준으로 제1 지점보다 하류 측에 위치하는 순환라인의 제2 지점을 연결하여, 순환라인 중의 작동유체의 일부를 제1 지점에서 분기시키고, 제2 지점에서 순환라인으로 복귀시키는 분기라인과, 분기라인 중에 마련되고 작동유체에 의해, 외부에서 공급받은 공급수를 가열하는 열교환기를 구비하는 히트펌프유닛을 포함한다.The present invention relates to a power generation and heat pump coupling system, comprising: a circulation line in which a working fluid circulates; a power generation unit provided in the circulation line and having a turbine operating by a working fluid; , A first point of the circulation line and a second point of the circulation line located downstream of the first point with respect to the circulation direction of the working fluid are connected to branch a portion of the working fluid in the circulation line at the first point A branch line for returning to the circulation line at the second point, and a heat pump unit provided in the branch line and including a heat exchanger for heating the supply water supplied from the outside by the working fluid.

이에 따라, 발전유닛 및 히트펌프유닛을 구동시키는 냉매가 동일하여, 연료소비를 저감시킬 수 있다.Accordingly, the refrigerant for driving the power generation unit and the heat pump unit is the same, and fuel consumption can be reduced.

또한, 배기가스에 있는 있는 이산화탄소를 활용하여 일부는 발전에 제공하고, 나머지는 외부 열원을 공급하는 히트펌프에 제공함으로써, 버려지는 폐열을 발전 및 히트펌프에 연계시켜 활용이 가능해짐으로써, 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.In addition, by using carbon dioxide in the exhaust gas to provide a part to power generation and the remainder to a heat pump that supplies an external heat source, waste heat can be utilized in connection with power generation and heat pump, And can be used efficiently.

또한, 발전유닛 및 히트펌프유닛 일체로 결합됨으로써 구조가 단순하며, 경량화가 가능한 장점이 있다. Further, the power generating unit and the heat pump unit are integrally combined to each other, so that the structure is simple and lightweight.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 발전 및 히트펌프의 연계 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 발전 및 히트펌프의 연계 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 3에 따른 발전 및 히트펌프의 연계 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 4에 따른 발전 및 히트펌프의 연계 시스템을 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing a connection system of a power generation and heat pump according to Embodiment 1 of the present invention.
2 is a schematic view showing a connection system of a power generation and heat pump according to a second embodiment of the present invention.
3 is a schematic view showing a connection system of a power generation and heat pump according to a third embodiment of the present invention.
4 is a schematic view showing a connection system of a power generation and heat pump according to a fourth embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference symbols as possible even if they are shown in different drawings. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the difference that the embodiments of the present invention are not conclusive.

실시예 1Example 1

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 발전 및 히트펌프의 연계 시스템을 나타낸 개략도이다. 도 1을 참고하여 설명한다. 발전 및 히트펌프의 연계 시스템은 발전유닛(100), 히트펌프유닛(200)을 포함한다.1 is a schematic view showing a connection system of a power generation and heat pump according to Embodiment 1 of the present invention. Will be described with reference to Fig. The linkage system of power generation and heat pump includes power generation unit 100, heat pump unit 200.

발전유닛(100)은 작동유체가 순환하는 순환라인(10)과, 순환라인(10) 중에 마련되고 작동유체에 의해 작동하는 터빈(30)과, 터빈(30)의 작동으로 구동하는 발전기(31)를 구비한다.The power generation unit 100 includes a circulation line 10 in which a working fluid circulates, a turbine 30 provided in the circulation line 10 and operated by a working fluid, a generator 31 driven by the operation of the turbine 30 .

작동유체는 배기가스 중에서 포집된 이산화탄소일 수 있다. 작동유체는 초임계 이산화탄소일 수 있다.The working fluid may be carbon dioxide captured in the exhaust gas. The working fluid may be supercritical carbon dioxide.

히트펌프유닛(200)은 분기라인(210)을 구비한다. 분기라인(210)은 순환라인(10)의 제1 지점(11)과, 작동유체의 순환방향을 기준으로 제1 지점(11)보다 하류 측에 위치하는 순환라인(10)의 제2 지점(12)이 연결될 수 있으며, 순환라인(10) 중의 작동유체의 일부는 제1 지점(11)에서 분기되고, 제2 지점(12)에서 순환라인(10)으로 복귀될 수 있다.The heat pump unit 200 has a branch line 210. The branch line 210 is connected to the first point 11 of the circulation line 10 and the second point 11 of the circulation line 10 located downstream of the first point 11 with reference to the circulating direction of the working fluid 12 may be connected and a portion of the working fluid in the circulation line 10 may be branched at the first point 11 and returned to the circulation line 10 at the second point 12.

순환라인(10) 및 분기라인(210)을 순환하는 작동유체는 동일하게 구성될 수 있으며, 순환라인(10) 중의 작동유체의 일부가 분기라인(210)으로 우회될 수 있다.The working fluid circulating through the circulation line 10 and the branch line 210 can be constructed identically and a portion of the working fluid in the circulation line 10 can be bypassed to the branch line 210. [

분기라인(210) 중에는 열교환기(220)가 마련되며, 열교환기(220)는 작동유체에 의해, 외부에서 공급받은 공급수를 가열하도록 구성된다. 열교환기(220)는 외부와의 열교환을 통해, 외부에 난방 또는 온수 등의 열원을 제공할 수 있다. 열교환기(220)는 히트펌프(응축기)일 수 있다.The branch line 210 is provided with a heat exchanger 220 and the heat exchanger 220 is configured to heat the supply water supplied from the outside by the working fluid. The heat exchanger 220 can provide a heat source such as heating or hot water to the outside through heat exchange with the outside. The heat exchanger 220 may be a heat pump (condenser).

본 실시예에 따른 발전 및 히트펌프의 연계 시스템은 삼방 밸브(60)를 더 포함할 수 있다. 삼방 밸브(60)는 제1 지점(11)에 마련될 수 있다. 삼방 밸브(60)는 순환라인(10) 중의 작동유체의 일부를 선택적으로 분기라인(210)으로 우회시키도록 구성될 수 있다. 일예로, 삼방 밸브(60)의 개방 조절에 따라, 제1 압축기(51)로부터 배출된 작동유체는 분기라인(210)으로 공급되는 양이 조절될 수 있다.The connection system of the power generation and heat pump according to the present embodiment may further include a three-way valve (60). A three-way valve 60 may be provided at the first point 11. The three-way valve 60 may be configured to selectively divert a portion of the working fluid in the circulation line 10 to the branch line 210. For example, in accordance with the opening regulation of the three-way valve 60, the amount of the working fluid discharged from the first compressor 51 is supplied to the branch line 210 can be adjusted.

일예로, 삼방 밸브(60)의 개방 조절은, 순환라인(10) 및 분기라인(210)을 따라 유동하는 작동유체의 압력과 유량에 따라 조절될 수 있다.For example, the opening regulation of the three-way valve 60 can be adjusted according to the pressure and the flow rate of the working fluid flowing along the circulation line 10 and the branch line 210.

발전유닛(100)은 가열기(20), 냉각기(40), 제1 압축기(51)를 더 포함할 수 있다. 가열기(20), 냉각기(40), 제1 압축기(51)는 순환라인(10) 중에 마련될 수 있다. 가열기(20)는 작동유체를 가열하도록 구성될 수 있으며, 냉각기(40)는 순환라인(10)을 따라 유동하는 작동유체를 냉각시키도록 구성될 수 있다. 이를 위해 가열기(20)는 작동유체보다 고온인 유체를 공급받을 수 있고, 냉각기(40)는 작동유체보다 저온인 유체를 공급받을 수 있다. 제1 압축기(51)는 작동유체를 압축하도록 구성될 수 있다.The power generation unit 100 may further include a heater 20, a cooler 40, and a first compressor 51. The heater 20, the cooler 40, and the first compressor 51 may be provided in the circulation line 10. The heater 20 may be configured to heat the working fluid and the cooler 40 may be configured to cool the working fluid flowing along the circulation line 10. [ For this, the heater 20 can be supplied with a fluid having a higher temperature than the working fluid, and the cooler 40 can receive a fluid having a lower temperature than the working fluid. The first compressor 51 may be configured to compress the working fluid.

도 1에 도시된 바와 같이, 순환라인(10) 상에는 제1 지점(11), 가열기(20), 터빈(30), 제2 지점(12), 냉각기(40) 및 제1 압축기(51)가 작동유체의 순환방향을 따라 차례차례 위치하도록 배치될 수 있다.1, a first point 11, a heater 20, a turbine 30, a second point 12, a cooler 40 and a first compressor 51 are provided on a circulation line 10 And may be arranged to be sequentially positioned along the circulation direction of the working fluid.

순환라인(10)을 따라, 유동하는 작동유체는 압축, 가열, 팽창, 냉각될 수 있으며, 터빈(30)과 연결된 발전기(31)를 구동시킴으로써, 전기를 생산하도록 구성될 수 있다. Along the circulation line 10, the flowing working fluid can be configured to produce electricity by compressing, heating, expanding, cooling, and driving the generator 31 connected to the turbine 30.

일예로, 순환라인(10) 상에 터빈(30)은 작동유체의 순환방향을 따라 가열기(20)의 하류 측에 배치될 수 있다. 작동유체는 가열기(20)로 공급되어, 고온고압의 초임계 상태가 되어, 터빈(30)을 구동시켜 전력을 생산할 수 있다.For example, the turbine 30 on the circulation line 10 may be disposed on the downstream side of the heater 20 along the circulating direction of the working fluid. The working fluid is supplied to the heater 20, becomes a supercritical state of high temperature and high pressure, and can drive the turbine 30 to produce electric power.

일예로, 제1 압축기(51)는 터빈(30)의 동력을 전달받아, 공기를 압축시키도록 구성될 수 있다. 일예로, 제1 압축기(51)와, 터빈(30)은 샤프트에 의하여 연결될 수 있으며, 터빈(30)의 회전에 의하여, 제1 압축기(51)는 작동유체를 압축시킬 수 있다.For example, the first compressor 51 may be configured to receive the power of the turbine 30 and to compress the air. For example, the first compressor 51 and the turbine 30 may be connected by a shaft, and by rotation of the turbine 30, the first compressor 51 can compress the working fluid.

히트펌프유닛(200)은 팽창밸브(60)를 더 포함할 수 있다. 팽창밸브(60)는 분기라인(210) 중에 마련될 수 있으며, 작동유체의 유동방향을 기준으로 열교환기(220)의 하류 측에 배치될 수 있다. 팽창밸브(60)는 작동유체를 감압시킬 수 있다.The heat pump unit 200 may further include an expansion valve 60. The expansion valve 60 may be provided in the branch line 210 and may be disposed on the downstream side of the heat exchanger 220 based on the flow direction of the working fluid. The expansion valve (60) can reduce the working fluid.

분기라인(210) 중의 열교환기(220)와 팽창밸브(60), 및 순환라인(10) 중의 냉각기(40)와 제1 압축기(51)는 히트펌프유닛(200)의 작동을 위한 히트펌프 사이클을 구현하도록 구성될 수 있다. The heat exchanger 220 and the expansion valve 60 in the branch line 210 and the cooler 40 and the first compressor 51 in the circulation line 10 are connected to the heat pump unit 200 for operation of the heat pump unit 200, . ≪ / RTI >

일예로, 제1 압축기(51)를 통해 분기라인(210)을 따라 유동하는 작동유체는 고온고압 상태일 수 있다. 작동유체는 열교환기(220)를 통해, 외부에서 공급받은 공급수와의 열교환을 통해, 공급수를 가열시킴으로써, 작동유체는 저온, 고압 상태가 될 수 있다. 이후에, 작동유체는 팽창밸브(60)를 통과한 후, 순환라인(10)과 분기라인(210)이 합류되는 제2 지점(12)으로 유동될 수 있다. For example, the working fluid flowing along the branch line 210 through the first compressor 51 may be in a high-temperature and high-pressure state. The working fluid can be brought into a low-temperature and high-pressure state by heating the supplied water through heat exchange with the supply water supplied from the outside through the heat exchanger 220. Thereafter, the working fluid may flow through the expansion valve 60 and then to the second point 12 where the circulation line 10 and the branch line 210 are joined.

냉각기(40)는 순환라인(10)을 따라 유동하는 작동유체와, 분기라인(210)을 따라 유동하는 작동유체를 냉각시킬 수 있다. The cooler 40 can cool the working fluid flowing along the circulation line 10 and the working fluid flowing along the branch line 210.

이상과 같이, 본 실시예에 따른 시스템에서는 발전유닛(100)과 히트펌프유닛(200)이 연계될 수 있다.As described above, in the system according to the present embodiment, the power generation unit 100 and the heat pump unit 200 can be linked.

이는, 동일한 작동유체를 사용하는 연계 시스템이 외부에 열원(난방, 급탕)을 공급할 수 있으며, 전기를 생산할 수 있는 있게 됨으로써, 에너지의 이용 효율을 보다 극대화시킬 수 있다.This is because a coupling system using the same working fluid can supply a heat source (heating, hot water supply) to the outside, and can generate electricity, thereby maximizing the utilization efficiency of energy.

본 실시예에 따른 발전 및 히트펌프의 연계 시스템은 재열기(70)을 더 포함할 수 있으며, 재열기(70)는 제1 지점(11)과 가열기(20) 사이의 작동유체와, 터빈(30)과 제2 지점(12) 사이의 작동유체를 열교환시키도록 구성될 수 있다.The connection system of the power generation and heat pump according to the present embodiment may further include a reheater 70 and the reheater 70 is connected to the working fluid between the first point 11 and the heater 20, 30) and the second point (12).

일예로, 재열기(70)는 제1 압축기(51)를 통과한 작동유체와, 터빈(30)에서 배출되는 작동유체를 열교환시킬 수 있다.For example, the reheater 70 can heat-exchange the working fluid that has passed through the first compressor 51 and the working fluid that is discharged from the turbine 30. [

일예로, 도 1에 분기라인(210)은 압축기 후단에서 분기된 것을 도시하였으나, 이에 한정하지 않고, 작동유체의 순환방향 기준으로 가열기(20)보다 하류 측에 분기되는 구성 또한 가능하다. For example, the branching line 210 shown in Fig. 1 is branched at the downstream end of the compressor, but the present invention is not limited thereto. The branching line 210 may also be branched downstream of the heater 20 on the basis of the circulating direction of the working fluid.

일예로, 제1 지점(11)은 순환라인(10) 상에 어디든 위치될 수 있으며, 제2 지점(12)은 순환라인(10) 상의 냉각기(40)의 상류에 배치되는 구성이면 모든 만족한다.For example, the first point 11 may be located anywhere on the circulation line 10 and the second point 12 is all satisfied if it is arranged upstream of the cooler 40 on the circulation line 10 .

이는, 발전유닛(100) 및 히트펌프유닛(200)을 구동시키는 냉매가 동일하여, 일부는 발전유닛(100)에 활용하고, 나머지는 히트펌프유닛(200)에 활용할 수 있게 됨으로써, 연료소비를 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 복수 개의 사이클을 구동시킬 수 있어, 에너지를 보다 효율적으로 사용할 수 있다.This is because the refrigerant for driving the power generation unit 100 and the heat pump unit 200 is the same and a part thereof is used for the power generation unit 100 and the remainder can be utilized for the heat pump unit 200, It is possible to drive a plurality of cycles as well as to use the energy more efficiently.

실시예 2Example 2

도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 발전 및 히트펌프의 연계 시스템을 나타낸 개략도이다. 도 2에 도시된 발전 및 히트펌프의 연계 시스템은 도 1에 도시된 재열기(70)가 일부 차이가 있으므로, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략한다.2 is a schematic view showing a connection system of a power generation and heat pump according to a second embodiment of the present invention. Since the reheater 70 shown in FIG. 1 has some differences in the connection system of the power generation and heat pump shown in FIG. 2, the same reference numerals are used for the same components, and redundant explanations are omitted.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 발전 및 히트펌프의 연계 시스템은 재열기(71)를 더 포함할 수 있다. 재열기(71)는 제1 압축기(51)와 제1 지점(11) 사이의 작동유체와, 터빈(30)과 제2 지점(12) 사이의 작동유체를 열교환시키도록 구성될 수 있다. As shown in FIG. 2, the connection system of the power generation and heat pump according to the present embodiment may further include a reheater 71. The reheater 71 may be configured to heat exchange the working fluid between the first compressor 51 and the first point 11 and the working fluid between the turbine 30 and the second point 12. [

재열기(71)의 위치는 이에 한정하지 않고, 제1 압축기(51)를 통과한 작동유체와 터빈(30)으로부터 배출되는 작동유체가 열교환 되는 구조이면 모든 만족한다.The position of the reheater 71 is not limited to this, and it is all satisfactory if the working fluid passing through the first compressor 51 and the working fluid discharged from the turbine 30 are heat exchanged.

실시예 3Example 3

도 3은 본 발명의 실시예 3에 따른 발전 및 히트펌프의 연계 시스템을 나타낸 개략도이다. 도 3에 도시된 발전 및 히트펌프의 연계 시스템은 도 1과, 제2 압축기(52), 재열기(72)가 일부 차이가 있으므로, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략한다.3 is a schematic view showing a connection system of a power generation and heat pump according to a third embodiment of the present invention. The connection system of the power generation and heat pump shown in Fig. 3 is different from that of Fig. 1, the second compressor 52 and the reheater 72, so that the same reference numerals are used for the same components, Is omitted.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 발전 및 히트펌프의 연계 시스템은 제2 압축기(52)를 포함할 수 있다. 제2 압축기(52)는 순환라인(10) 중에 마련될 수 있으며, 제1 지점(11)과 가열기(20) 사이에 배치되어, 작동유체를 압축하도록 구성될 수 있다.As shown in FIG. 3, the connection system of the power generation and heat pump according to the present embodiment may include a second compressor 52. A second compressor 52 may be provided in the circulation line 10 and disposed between the first point 11 and the heater 20 and configured to compress the working fluid.

일예로, 제2 압축기(52)는 순환라인(10)의 작동유체 순환방향을 기준으로 제1 압축기(51)보다 하류 측에 위치할 수 있다. 제2 압축기(52)는 작동유체인 초임계 이산화탄소를 임계압력 이상의 초고압으로 압축시키도록 구성될 수 있다.For example, the second compressor (52) may be located downstream of the first compressor (51) based on the circulating direction of the circulating line (10). The second compressor (52) can be configured to compress supercritical carbon dioxide, which is an operating oil, at an ultra-high pressure higher than a critical pressure.

일예로, 압축기가 추가로 배치됨으로써, 터빈(30)에 공급되는 작동유체의 온도는 보다 높을 수 있다. 일예로, 제1 압축기(51), 제2 압축기(52), 터빈(30)은 샤프트에 의하여 연결될 수 있으며, 터빈(30)의 회전에 의하여, 제1 및 2 압축기(51,52)는 작동유체를 압축시킬 수 있다.By way of example, the compressor is further arranged, so that the temperature of the working fluid supplied to the turbine 30 can be higher. For example, the first compressor 51, the second compressor 52, and the turbine 30 may be connected by a shaft, and by rotation of the turbine 30, the first and second compressors 51, The fluid can be compressed.

본 실시예에 따른 발전 및 히트펌프의 연계 시스템은 재열기(72)를 더 포함할 수 있다. 재열기(72)는 제2 압축기(52)와 가열기(20) 사이의 작동유체와, 터빈(30)과 제2 지점(12) 사이의 작동유체를 열교환시키도록 구성될 수 있다.The connection system of the power generation and heat pump according to the present embodiment may further include a reheater 72. The reheater 72 may be configured to heat exchange the working fluid between the second compressor 52 and the heater 20 and the working fluid between the turbine 30 and the second point 12.

일예로, 도 3에 분기라인(210)은 제1 및 2 압축기(51,52) 사이에서 분기된 것을 도시하였으나, 이에 한정하지 않고, 제2 압축기(52) 후단에 분기되는 구성 또한 가능하다.For example, the branch line 210 shown in FIG. 3 is branched between the first and second compressors 51 and 52, but the present invention is not limited thereto.

실시예 4Example 4

도 4는 본 발명의 실시예 4에 따른 발전 및 히트펌프의 연계 시스템을 나타낸 개략도이다. 도 4에 도시된 발전 및 히트펌프의 연계 시스템은 도 1과, 우회라인(80), 제3 압축기(53), 제1 및 2 재열기(73,74)가 일부 차이가 있으므로, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하고, 중복되는 설명은 생략한다.4 is a schematic view showing a connection system of a power generation and heat pump according to a fourth embodiment of the present invention. The connection system of the power generation and heat pump shown in Fig. 4 is different from that of Fig. 1, the bypass line 80, the third compressor 53, the first and second heat exchangers 73 and 74, The same reference numerals are used for the same elements, and redundant explanations are omitted.

도 4에 도시된 바와 같이, 발전유닛(100)은 우회라인(80), 제3 압축기(53)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 4, the power generation unit 100 may include a bypass line 80 and a third compressor 53.

우회라인(80)은 순환라인(10)을 따라 순환하는 작동유체의 순환방향을 기준으로, 터빈(30)과 제2 지점(12) 사이에 위치하는 순환라인(10)의 제3 지점(13)과, 제1 지점(11)과 가열기(20) 사이에 위치하는 제4 지점(14)을 연결하도록 구성될 수 있다. 우회라인(80)은 순환라인(10) 중의 작동유체의 일부를 제3 지점(13)에서 제4 지점(14)을 향해 우회시키도록 구성될 수 있다.The bypass line 80 is connected to the third point 13 of the circulation line 10 located between the turbine 30 and the second point 12, with reference to the circulation direction of the working fluid circulating along the circulation line 10, And a fourth point 14 positioned between the first point 11 and the heater 20. The second point 14 is located at a position between the first point 11 and the heater 20, The bypass line 80 may be configured to divert a portion of the working fluid in the circulation line 10 from the third point 13 to the fourth point 14.

제3 압축기(53)는 우회라인(80) 중에 마련될 수 있으며, 작동유체를 압축시키도록 구성될 수 있다.A third compressor (53) may be provided in the bypass line (80) and configured to compress the working fluid.

일예로, 순환라인(10)을 따라 순환하는 작동유체는 터빈(30)에서 배출된 후에, 일부는 냉각기(40)로 공급되고, 나머지는 우회라인(80)을 따라, 제3 압축기(53)로 공급될 수 있다. For example, the working fluid circulating along the circulation line 10 is discharged from the turbine 30, a portion thereof is supplied to the cooler 40, and the remainder is supplied to the third compressor 53 along the bypass line 80, .

일예로, 제3 지점(13)에 삼방 밸브(미도시)가 마련될 수 있으며, 삼방 밸브(미도시)는 터빈(30)에서 배출된 작동유체의 일부를 선택적으로 제3 압축기(53)로 공급시키도록 구성될 수 있다. For example, a three-way valve (not shown) may be provided at the third point 13, and a three-way valve (not shown) may selectively supply a portion of the working fluid discharged from the turbine 30 to the third compressor 53 Or the like.

본 실시예에 따른 발전 및 히트펌프의 연계 시스템은 제1 재열기(73), 제2 재열기(74)를 더 포함할 수 있다.The connection system of the power generation and heat pump according to the present embodiment may further include a first reheater 73 and a second reheater 74.

제1 재열기(73)는 제1 지점(11)과 제4 지점(14) 사이의 작동유체와, 터빈(30)과 제3 지점(13) 사이의 작동유체를 열교환시키도록 구성될 수 있으며, 제2 재열기(74)는 제4 지점(14)과 가열기(20) 사이의 작동유체와, 터빈(30)과 제1 재열기(73) 사이의 작동유체를 열교환시키도록 구성될 수 있다. The first reheater 73 may be configured to heat exchange the working fluid between the first point 11 and the fourth point 14 and the working fluid between the turbine 30 and the third point 13 The second reheater 74 can be configured to heat exchange the working fluid between the fourth point 14 and the heater 20 and the working fluid between the turbine 30 and the first reheater 73 .

일예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 순환라인(10)을 따라 유동하는 작동유체는 제1 압축기(51), 제1 지점(11), 제1 재열기(73), 제2 재열기(74), 가열기(20), 터빈(30), 제2 재열기(74), 제1 재열기(73), 제3 지점(13), 제2 지점(12)을 거쳐 냉각기(40)로 공급될 수 있으며, 일부는 제3 지점(13)에서 분기되어, 우회라인(80)을 거쳐 제3 압축기(53), 제4 지점(14), 제2 재열기(74), 가열기(20)를 거쳐, 터빈(30)에 작동유체를 재 공급시키도록 구성될 수 있다.For example, as shown in FIG. 4, the working fluid flowing along the circulation line 10 flows through the first compressor 51, the first point 11, the first reheater 73, 74, the heater 20, the turbine 30, the second reheater 74, the first reheater 73, the third point 13 and the second point 12 to the cooler 40 The fourth branch point 14, the second reheater 74 and the heater 20 via the bypass line 80. The third compressor 53, the fourth point 14, the second reheater 74, the heater 20, And to supply the working fluid to the turbine 30 again.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 발전유닛(100) 및 히트펌프유닛(200)을 구동시키는 냉매가 이산화탄소로 동일함으로써, 일부는 발전유닛(100)에 활용하고, 나머지는 히트펌프유닛(200)에 활용할 수 있게 되어, 연료소비를 저감시킬 수 있다.1 to 4, a part of the refrigerant is used for the power generation unit 100 because the refrigerant for driving the power generation unit 100 and the heat pump unit 200 is the same as the carbon dioxide, 200), so that the fuel consumption can be reduced.

또한, 순환라인(10) 및 분기라인(210)을 따라 유동하는 작동유체의 열교환이 제2 지점(12), 냉각기(40)를 통해 가능해 짐으로써, 사이클을 추가적으로 설치해야하는 번거로움을 줄여줄 수 있어, 경량화가 가능하다.Further, heat exchange of the working fluid flowing along the circulation line 10 and the branch line 210 is enabled through the second point 12 and the cooler 40, thereby reducing the inconvenience of additional installation of the cycle It is lightweight.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

10: 순환라인 11: 제1 지점
12: 제2 지점 13: 제3 지점
14: 제4 지점 20: 가열기
30: 터빈 31: 발전기
40: 냉각기 51, 52, 53: 압축기
100: 발전유닛 200: 히트펌프유닛
210: 분기라인 220: 열교환기
230: 팽창밸브10: circulation line 11: first branch
12: second branch 13: third branch
14: fourth point 20: heater
30: turbine 31: generator
40: cooler 51, 52, 53: compressor
100: power generation unit 200: heat pump unit
210: branch line 220: heat exchanger
230: Expansion valve

Claims (12)

작동유체가 순환하는 순환라인과, 상기 순환라인 중에 마련되고 상기 작동유체에 의해 작동하는 터빈과, 상기 터빈의 작동으로 구동하는 발전기를 구비하는 발전유닛; 및
상기 순환라인의 제1 지점과, 상기 작동유체의 순환방향을 기준으로 상기 제1 지점보다 하류 측에 위치하는 상기 순환라인의 제2 지점을 연결하여, 상기 순환라인 중의 작동유체의 일부를 상기 제1 지점에서 분기시키고, 상기 제2 지점에서 상기 순환라인으로 복귀시키는 분기라인과, 상기 분기라인 중에 마련되고 상기 작동유체에 의해, 외부에서 공급받은 공급수를 가열하는 열교환기를 구비하는 히트펌프유닛을 포함하는, 발전 및 히트펌프의 연계 시스템.A power generation unit having a circulation line through which a working fluid circulates, a turbine provided in the circulation line and operated by the working fluid, and a generator driven by the operation of the turbine; And
Connecting a first point of the circulation line and a second point of the circulation line located on the downstream side of the first point with respect to a circulation direction of the working fluid, A branch line for branching at a first point and returning to the circulation line at the second point; and a heat pump unit provided in the branch line and including a heat exchanger for heating supply water supplied from the outside by the working fluid Including a power generation and heat pump coupling system. 청구항 1에 있어서,
상기 발전유닛은, 상기 순환라인 중에 마련되고 상기 작동유체를 가열하는 가열기와, 상기 순환라인 중에 마련되고 상기 작동유체를 냉각하는 냉각기와, 상기 순환라인 중에 마련되고 상기 작동유체를 압축하는 제1 압축기를 더 포함하며,
상기 제1 지점, 상기 가열기, 상기 터빈, 상기 제2 지점, 상기 냉각기 및 상기 제1 압축기는, 상기 작동유체의 순환방향을 따라 차례차례 위치하는, 발전 및 히트펌프의 연계 시스템.The method according to claim 1,
The power generation unit includes a heater provided in the circulation line for heating the working fluid, a cooler provided in the circulation line for cooling the working fluid, a first compressor provided in the circulation line and compressing the working fluid, Further comprising:
Wherein the first point, the heater, the turbine, the second point, the cooler, and the first compressor are sequentially positioned along the circulation direction of the working fluid. 청구항 2에 있어서,
상기 히트펌프유닛은, 상기 작동유체의 유동방향을 기준으로 상기 열교환기의 하류 측에서 상기 분기라인 중에 마련되는 팽창밸브를 더 포함하고,
상기 분기라인 중의 열교환기와 팽창밸브, 및 상기 순환라인 중의 냉각기와 제1 압축기는, 상기 히트펌프유닛의 작동을 위한 히트펌프 사이클을 구현하는, 발전 및 히트펌프의 연계 시스템.The method of claim 2,
The heat pump unit further includes an expansion valve provided in the branch line on a downstream side of the heat exchanger with respect to a flow direction of the working fluid,
Wherein the heat exchanger and the expansion valve in the branch line and the cooler and the first compressor in the circulation line implement a heat pump cycle for operation of the heat pump unit. 청구항 2에 있어서,
상기 제1 지점과 상기 가열기 사이의 작동유체와, 상기 터빈과 상기 제2 지점 사이의 작동유체를 열교환하는 재열기를 더 포함하는, 발전 및 히트펌프의 연계 시스템.The method of claim 2,
Further comprising a working fluid between said first point and said heater and a reheater for exchanging a working fluid between said turbine and said second point. 청구항 2에 있어서,
상기 제1 압축기와 상기 제1 지점 사이의 작동유체와, 상기 터빈과 상기 제2 지점 사이의 작동유체를 열교환하는 재열기를 더 포함하는, 발전 및 히트펌프의 연계 시스템.The method of claim 2,
Further comprising a working fluid between said first compressor and said first point and a reheater for exchanging working fluid between said turbine and said second point. 청구항 2에 있어서,
상기 발전유닛은, 상기 제1 지점과 상기 가열기 사이에서 상기 순환라인 중에 마련되고, 상기 작동유체를 압축하는 제2 압축기를 더 포함하는, 발전 및 히트펌프의 연계 시스템.The method of claim 2,
Wherein the power generation unit further comprises a second compressor provided in the circulation line between the first point and the heater and compressing the working fluid. 청구항 6에 있어서,
상기 제2 압축기와 상기 가열기 사이의 작동유체와, 상기 터빈과 상기 제2 지점 사이의 작동유체를 열교환하는 재열기를 더 포함하는, 발전 및 히트펌프의 연계 시스템.The method of claim 6,
Further comprising a working fluid between said second compressor and said heater and a reheater for heat exchanging working fluid between said turbine and said second point. 청구항 2에 있어서,
상기 발전유닛은,
상기 작동유체의 순환방향을 기준으로, 상기 터빈과 상기 제2 지점 사이에 위치하는 상기 순환라인의 제3 지점과, 상기 제1 지점과 상기 가열기 사이에 위치하는 상기 순환라인의 제4 지점을 연결하여, 상기 순환라인 중의 작동유체의 일부를, 상기 제3 지점에서 상기 제4 지점을 향해 우회시키는 우회라인; 및
상기 우회라인 중에 마련되고, 상기 작동유체를 압축하는 제3 압축기를 더 포함하는, 발전 및 히트펌프의 연계 시스템.The method of claim 2,
The power generation unit includes:
A third point of the circulation line located between the turbine and the second point and a fourth point of the circulation line located between the first point and the heater are connected to each other with reference to the circulating direction of the working fluid A bypass line for bypassing a portion of the working fluid in the circulation line from the third point toward the fourth point; And
Further comprising a third compressor provided in the bypass line and compressing the working fluid. 청구항 8에 있어서,
상기 제1 지점과 상기 제4 지점 사이의 작동유체와, 상기 터빈과 상기 제3 지점 사이의 작동유체를 열교환하는 제1 재열기; 및
상기 제4 지점과 상기 가열기 사이의 작동유체와, 상기 터빈과 상기 제1 재열기 사이의 작동유체를 열교환하는 제2 재열기를 더 포함하는, 발전 및 히트펌프의 연계 시스템.The method of claim 8,
A first reheater for exchanging a working fluid between the first point and the fourth point and a working fluid between the turbine and the third point; And
Further comprising a second reheater for exchanging a working fluid between said fourth point and said heater and a working fluid between said turbine and said first reheater. 청구항 1에 있어서,
상기 제1 지점에 마련되어, 상기 순환라인 중의 작동유체의 일부를 선택적으로 상기 분기라인으로 우회시키는 삼방 밸브를 더 포함하는, 발전 및 히트펌프의 연계 시스템.The method according to claim 1,
Further comprising a three-way valve provided at the first point for selectively bypassing a portion of the working fluid in the circulation line to the branch line. 청구항 1에 있어서,
상기 작동유체는, 초임계 이산화탄소인, 발전 및 히트펌프의 연계 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the working fluid is supercritical carbon dioxide. 청구항 1에 있어서,
상기 작동유체는, 배기가스 중에서 포집되어 공급된 이산화탄소인, 발전 및 히트펌프의 연계 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the working fluid is carbon dioxide collected and supplied in the exhaust gas.
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WO2022080892A1 (en) * 2020-10-15 2022-04-21 한국기계연구원 Piping network system simultaneously supplying hot waste water and carbon dioxide from power plant to greenhouse

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